標準貫入試驗N值應用之彙整（一）

林士誠 技師

標準貫入試驗N值 為大地工程應用最廣且最為經濟之調查手段之一 

在大地工程之地質鑽探中，標準貫入試驗N值原係用於研判地層之軟弱或緊密程度，可說是應用最廣、資料最豐富且最為經濟之調查手段之一。

一般基礎設計分析之正規方法，係先於工程範圍內進行鑽探、取樣及試驗，取得所需之地層強度及物理參數經研判後做為設計之依據，然而諸多地層狀況如礫石層、深層之不擾動土樣或極緊密砂土層等並無法很順利地取得試體。同時，地質鑽探係屬隨機取樣，通常受限於經費之考量下，全面的取樣、試驗來獲得地層參數資料並不容易。因此，標準貫入試驗N值在地層調查中便顯得重要。同時，自1948年Terzaghi & Peck 提出N值與砂性土壤之相對密度、容許承載力；N值與黏土強度、容許承載力等間之關係以來，已累積相當多的資料可供大地工程設計之參考。因此，以下乃彙整一些在設計考量上較為常用之關係式。

一、標準貫入試驗

本試驗方式乃於鑽桿上端連接附裝有鐵砧之滑桿，將63.5 kg之夯錘套入滑桿內，使夯錘自由落下，打擊鐵砧。夯錘用麻繩吊取，落錘高度76.2cm，夯擊取樣器使之入土30.48cm時所需之錘數，即為標準貫入試驗之打擊數Ｎ值。開始夯擊取樣之前，首先夯擊入土15.24cm後再以每15.24cm計數一次，分別記錄，直到擊入土中30.48cm或擊數達到100為止。

二、地層研判

工程規劃或初設階段，引用工區鄰近地質鑽探資料之標準貫入試驗Ｎ值來研判地層鬆軟程度，甚至利用Ｎ值來判定承載層之深度。Terzaghi & Peck 提出黏性土壤N值與單壓強度之關係如表1所示。另砂性土壤N值與相對密度之關係如表2所示。

表1   黏性土壤N值與單壓強度之關係

表2   砂性土壤N值與相對密度之關係

三、土壤物理性質與N值之關係

利用N值推估土壤物理性質之關係，可分為下列數點來說明。

(1)土壤單位重與N值之關係

在黏土地層中，標準貫入試驗不僅與粘土組構、黏土組成礦物有關，亦與沈積之應力歷史有關，因而N值與黏性土層之單位重並無明顯之規律可循。對於砂性土壤之單位重與N值關係可參考圖1所示之關係曲線，惟不論黏土或砂土地層之單位重，大致上約介於1.65~2. tf/m³ 之間。因此，在無相關之資料可供分析使用時，只要採用在此範圍內之數值，對分析結果之影響均不大。

圖1  砂性土壤之單位重與N值關係

(2)相對密度Dr與N值之關係

砂土地層中，相對密度代表土層之鬆緊程度，Meyerhof(1957)提出N值與Dr之關係式為 。其中；p為有效覆土壓力。

(3)塑性指數(I_p)與N值之關係

雖黏土地層之單位重與N值並無明顯之規律可循，然而若有一可參考之範圍值來推估單壓強度（q_u）值時，亦不失為方法之一。圖2為關係圖，顯示當I_p值愈大時，N/q_u值愈小，亦隱含著在相同N值下I_p值愈大，q_u值愈大。

四、土壤力學強度參數與N值之關係

土壤力學強度參數包括c值與ψ角，其與N值之關係經驗公式不勝枚舉，通常僅用於做為初步分析之概略值。

(1)黏土不排水剪力強度與N值之關係

設計分析時之黏土強度大都以不排水剪力強度為主，最早係Terzaghi & Peck 提出黏性土壤N值與單壓強度（qu）之關係，而大崎(1959)建議；日本道路協會—軟弱地盤對策指針(1977)建議。目前，較普遍被採用的黏土不排水剪力強度與N值之經驗公式為。

(2)砂性土壤摩擦角ψ與N值之關係

土壤力學之剪力強度中，主要參數為c值與ψ角。因此，在砂質土壤地層進行初步設計分析時，可考慮c=0而直接以ψ角來評估土壤強度。ψ角與N值之關係如圖3所示，其中土壤顆粒形狀及分布情形為：Dunham(a)屬角狀顆粒分佈良好；Dunham(b)屬圓狀顆粒分佈良好或角狀顆粒分佈均勻；Dunham(c)屬圓狀顆粒分佈均勻。

圖3  砂性土壤摩擦角ψ與N值關係